포스텍, 생체 심부 조직 볼 수 있는 광음향 영상법 제안

김철홍 포스텍 교수

포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 김철홍 IT융합공학과·전자전기공학과·기계공학과 교수·박별리 박사 연구팀이 유미아오 장 중국 톈진대학교 교수·박사과정 위안멍 딩 씨 연구팀과 공동연구를 통해 생체의 심부 조직을 볼 수 있는 광음향 영상법을 제안했다고 8일 밝혔다.

이번 연구성과는 계면활성제를 제거한 반도체 고분자 미셀 입자 기반 조영제와 1064나노미터(㎚) 레이저를 이용해 쥐의 생체 내 최대 5.8㎝ 깊이에서 위장과 방광을 성공적으로 관찰한 결과다. 이는 전세계 광음향 전임상 연구 중에서 가장 깊은 영상 침투 깊이라는 점에서 의의가 있다. 조영제는 광음향 영상을 더 선명하게 볼 수 있도록 도와주는 물질을 말한다.

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광음향 영상은 빛을 흡수한 조직이 순간적으로 열팽창하면서 발생하는 음파(광음향) 신호를 초음파 센서로 감지해 영상화하는 원리를 이용한다. 번개나 천둥의 원리와 같다. 광학을 이용하는 영상 기술로는 1㎜ 미만 얕은 깊이만을 볼 수 있지만 광음향 영상은 인체 조직 내 수 ㎝까지 볼 수 있다.

심부 조직에 위치한 장기를 더 자세히 볼 수 있게 하는 광음향 조영제에 대한 연구도 활발히 진행되고 있지만, 지금까지 활용된 650~900㎚의 단파장 빛은 생체 깊은 곳까지 전달하기 어렵다는 한계가 있었다.

박별리 박사

연구팀은 1064㎚의 장파장 빛을 강하게 흡수하는 반도체 고분자 미셀 입자에서 계면활성제를 제거한 후 광음향 조영제로 사용했다. 반도체 고분자가 생체적으로 안전함을 검증했으며, 쥐의 위장관, 방광에 조영제를 주입해 최대 5.8㎝ 깊이에서 광음향 영상을 확인했다.

이번 광음향 영상법은 방사선을 이용하는 컴퓨터단층촬영(CT) 등과 다르게 피폭 위험 없이 심부 조직에서 생긴 질병의 진단을 도울 수 있다. 특히 1064㎚ 파장의 레이저는 비교적 가격이 저렴하고 일반 상용 초음파 장비와 함께 사용할 수 있다는 장점이 있다.

김철홍 교수는 “이번 연구는 가장 깊은 생체 내 광음향 영상을 확인하는 데 성공했다는 점에서 기술적 가치가 크다”며 “이와 같은 전임상 연구는 향후 사람을 대상으로 한 임상 연구를 위한 필수 관문으로, 향후 광음향 영상의 임상 적용을 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.

한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 중견연구자지원사업, BK21 FOUR 지원사업 지원으로 이뤄진 이번 연구성과는 최근 나노 분야 국제학술지 '스몰(Small)'에 게재됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com